Nowa metoda może chronić narządy podczas operacji serca i aorty

Nowa metoda może chronić narządy podczas operacji serca i aorty

Naukowcy pod kierownictwem Hidetoshiego Masumoto i Genshiro Sunagawy z RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) w Japonii opracowali nową metodę ochrony narządów podczas operacji serca i aorty, gdy konieczne jest zablokowanie krążenia krwi. Zamiast polegać na niskich temperaturach w celu wywołania hipometabolizmu i zmniejszenia zapotrzebowania na tlen, technika ta działa poprzez stymulację neuronów Q w mózgu, które spowalniają metabolizm do stanu przypominającego hibernację. W tym badaniu weryfikującym koncepcję procedura chroniła nerki myszy przed uszkodzeniami spowodowanymi niedoborem tlenu i pozwalała uniknąć szkodliwych skutków ubocznych związanych z przedłużającą się hipotermią. Odkrycia mogą pomóc w opracowaniu nowych sposobów przeprowadzania podobnych operacji na ludziach.

Niektóre rodzaje operacji serca i aorty wymagają od lekarzy odcięcia krążenia krwi na czas naprawy aorty. Od 50 lat tego typu operacje przeprowadza się po zastosowaniu niskich temperatur w celu wywołania głębokiej hipotermii, która spowalnia metabolizm organizmu, dzięki czemu narządy mogą przetrwać przy bardzo małej ilości tlenu. Chociaż skutecznie chroni narządy takie jak nerki, zmniejsza również krzepliwość krwi, co prowadzi do nadmiernego krwawienia i konieczności transfuzji krwi.

Masumoto i jego zespół w RIKEN BDR szukali sposobów na spowolnienie metabolizmu bez wywoływania hipotermii. Wiemy, że wiele zwierząt – np. niedźwiedzie i wiewiórki – potrafi zapaść w sen zimowy i mimo niezwykle powolnego metabolizmu podczas hibernacji, po przebudzeniu są zdrowe. Jednak, jak większość zwierząt, ludzie nie zapadają w sen zimowy. Na tym historia się skończyła, aż kilka lat temu grupa Sunagawy odkryła sposób na wprowadzenie myszy w stan hibernacji – zwierząt, które normalnie nie zapadają w stan hibernacji.

Jeśli uda nam się je wywołać, istnieje wiele możliwości wykorzystania stanów przypominających hibernację w medycynie sercowo-naczyniowej, medycynie resuscytacyjnej lub w innych przypadkach, gdy ochrona narządów poprzez hipotermię jest niewystarczająca lub niewłaściwa.

Genshiro Sunagawa, Centrum Badań nad Dynamiką Biosystemów RIKEN

Najpierw jednak należy zweryfikować skuteczność tej techniki na modelach zwierzęcych. Nowe badanie stanowi pierwsze kliniczne wdrożenie tej techniki i sprawdza jego skuteczność na mysim modelu operacji aorty wymagającej zatrzymania krążenia. Poprzednie badania zespołu wykazały, że hipometabolizm na poziomie hibernacji można osiągnąć poprzez aktywację specjalnych neuronów w podwzgórzu mózgu, zwanych neuronami Q. Biotechnologia chemogenetyczna umożliwiła naukowcom wywołanie aktywacji tych konkretnych neuronów za pomocą zastrzyku. Porównali cztery grupy modelowych myszy, które różniły się tym, czy do wywołania hipometabolizmu stosowano niskie temperatury oraz czy aktywowano neurony Q.

Uszkodzenie nerek i czynność nerek oceniano na podstawie stężeń biomarkerów we krwi. Analiza wykazała, że ​​hipometabolizm wywołany przez neurony Q w normalnej temperaturze był równie ochronny dla nerek, jak ten wywołany hipotermią. „Dzięki tym wynikom wiemy teraz, że neurony Q mogą wykorzystywać wywołane stany podobne do hibernacji do ochrony narządów” – mówi Masumoto.

Ostatecznym celem badań Masumoto i Sunagawy jest spowolnienie metabolizmu ludzi podczas operacji serca lub z innych powodów medycznych przy użyciu odmiany tej techniki. Ponieważ jednak neurony Q nie mogą być aktywowane tak selektywnie u ludzi, jak u myszy stworzonych eksperymentalnie, zespół szuka obecnie sposobów ochrony narządów znajdujących się poniżej mózgu. „Aktywacja neuronów Q wyzwala sekwencję zdarzeń biologicznych, dzięki którym narządy mogą istnieć w stanie hipometabolicznym przez kilka dni” – wyjaśnia Sunagawa. „Kiedy już dokładnie wiemy, jakie są te zdarzenia, mamy pewność, że możemy wywołać je farmakologicznie w organizmie bez uprzedniej aktywacji neuronów Q”.

Badanie opublikowano 7 listopada w JTCVS Open.

Źródło:

RIKEN

Odniesienie:

Shoichi Kyo. i in. (2022) Hipometabolizm indukowany neuronem Q łagodzi ostre uszkodzenie nerek w modelu mysim imitującym operację sercowo-naczyniową wymagającą zatrzymania akcji serca. Otwarto JTCVS. doi.org/10.1016/j.xjon.2022.11.001.

.